KR102534824B1 - 밀폐형 led제품의 과열방지 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.
구체적으로는, LED제품의 밀폐형 냉각방식이 가능하도록 열전소자(Peltier element)를 제품의 케이스에 외부와 내부를 연결하도록 설치사용하되, 내부의 열을 외부로 전달한 뒤 외부로 발열되는 열은 외부의 팬을 이용하여 열을 식히고,
열전소자로 냉각된 내부에서는 방열판과 팬을 이용하여 내부에 인공적인 공기순환이 이루어져 내부부품들을 과열되지 않도록 하며,
내부의 열에 취약한 부품들에는 별도의 방열판으로 다른 부분에 비해 열전달이 쉽도록 구성한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 과냉각으로 인한 결로 현상을 예방하기 위해서는 내부에 2곳 이상 온도 센서를 부착한뒤 온도 컨트롤이 가능한 컨트롤 보드를 통해서 각부위의 온도 변화에 따라 열전소자의 작동을 조절 하도록 하고,
내부와 외부의 완벽한 차단을 위하여 각 연결부위에 밀폐용 실리콘부품을 사용한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

Description

밀폐형 LED제품의 과열방지 구조{Overheat protection structure of sealed LED products}

본 발명은 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

구체적으로는, LED제품의 밀폐형 냉각방식이 가능하도록 열전소자(Peltier element)를 제품의 케이스에 외부와 내부를 연결하도록 설치사용하되, 내부의 열을 외부로 전달한 뒤 외부로 발열되는 열은 외부의 팬을 이용하여 열을 식히고,

열전소자로 냉각된 내부에서는 방열판과 팬을 이용하여 내부에 인공적인 공기순환이 이루어져 내부부품들을 과열되지 않도록 하며,

내부의 열에 취약한 부품들에는 별도의 방열판으로 다른 부분에 비해 열전달이 쉽도록 구성한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 과냉각으로 인한 결로 현상을 예방하기 위해서는 내부에 2곳 이상 온도 센서를 부착한뒤 온도 컨트롤이 가능한 컨트롤 보드를 통해서 각부위의 온도 변화에 따라 열전소자의 작동을 조절 하도록 하고,

내부와 외부의 완벽한 차단을 위하여 각 연결부위에 밀폐용 실리콘부품을 사용한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)는 전기 에너지에 의해 작동하는 반도체 소자이다. LED는 전자회로의 일 부분을 구성할 수 있으며, 회로에 흐르는 전류를 이용하여 광신호를 발생시킬 수 있다.

종래 LED는 광신호의 출력이 낮아, 전기 전자기기의 외부 시그널링 용도 정도로 한정되어 사용되어 왔다. 하지만 최근에는 고도화된 반도체 제작기술에 힘입어 출력이 높은 고휘도의 LED가 개발되었으며, 이러한 고휘도의 LED를 사용하여 다양한 형태의 조명장치들이 개발되고 있다. LED는 이러한 조명장치 내에 하나 이상이 집적된 형태로 배치될 수 있다. LED는 고휘도임에도 불구하고, 전력 소모량이 적고 수명이 길다는 장점을 갖지만, 반도체 소자의 특성상 과열되면 동작 효율이 급격히 떨어지게 되는 단점도 가지고 있다.

따라서, LED를 이용한 조명 장치에 설치되어, LED를 적절한 온도로 유지시켜 주는 방열 구조 및 냉각 장치의 형성이 중요한 문제가 되었다.

관련된 기술로서, 등록특허공보 제10-1223658호에는 냉각 모듈을 갖는 엘이디 조명장치가 기재되어 있다.

상기 기술은, 효율적으로 냉각 작용을 수행할 수 있는 냉각 모듈을 갖는 LED 조명장치가 제공된다. LED 조명장치는, 적어도 하나의 LED 가 실장된 기판 및, 적어도 한번 굴절되며 내부에 윅구조가 형성되고 밀폐된 세관 형태의 파이프와, 파이프에 수용되어 열을 수송하는 작동 유체로 이루어지되, 파이프의 일 측이 기판과 접촉되어 형성되며, 내부의 작동 유체가 기화하면서 열을 흡수하는 증발부와, 파이프의 타 측이 기판으로부터 이격되어 형성되며, 내부의 작동 유체가 액화하면서 외주면에 형성된 방열핀을 통해 열을 방출하는 응축부 및, 파이프의 일 지점에 형성되는 주름관과, 온도에 따라 변형되어 주름관을 확장 또는 수축시키는 배력부재를 포함하여 파이프의 내부압을 조절하는 압력 조절부를 포함하는 냉각 모듈을 포함한다.

또한, 등록특허공보 제10-1044240호에는 냉각 장치를 구비한 LED조명 장치가 기재되어 있다.

상기 기술은, LED 광원에서 발생되는 열을 신속하게 방출시킬 수 있는 구조의 냉각 장치를 구비한 LED 조명 장치가 제공된다. 냉각 장치를 구비한 LED 조명 장치는, LED 광원과, LED 광원이 실장되는 기판과, 내부에 작동 유체를 포함하는 모세관 구조의 밀폐된 중공형 파이프로 형성되어, 기판으로부터 열을 흡수하는 복수의 증발부와 열을 방출하는 복수의 응축부를 포함하는 냉각부를 포함하되, 냉각부는 굴절되어 증발부와 응축부를 교대로 형성하고, 증발부와 응축부는 연속적으로 직렬로 연결되며, 증발부는 기판에 부착되고 응축부는 기판 외부로 노출된다.

또한, 등록특허공보 제10-2271559호에는 LED 방열 구조 및 해당 방열 구조가 포함된 LED 등기구가 기재되어 있다.

상기 기술은, LED 방열 구조로서, 핀(12)들 사이의 틈새가 다수 개의 연속된 공기 채널(16)을 구성하고, 상기 공기 채널(16)의 배기단이 방열기(1)의 둘레 측면까지 연장되는 핀(12)이 구비된 방열기(1); 핀(12)에 덮어 설치하며 핀(12) 끝 부분에 위치한 공기 채널(16)의 개구부를 밀폐하고, 일부는 돌기되어 상기 공기 채널(16)과 연결되어 통하는 공기진입 캐비티(71)를 형성하는 덮개판(7); 공기진입 캐비티(71) 안으로 강제로 송풍하는 송풍장치(72)가 포함된다. 핀(12)에 덮개판(7)을 덮어 설치함으로써 핀(12) 끝 부분에 위치한 공기 채널(16)의 개구부가 밀폐되고, 덮개판(7) 중심 일부에 공기진입 캐비티(71)를 설치하며, 송풍장치(72)를 통해 냉각공기를 공기 채널(16)에 강제로 송풍함으로써 열교환 면적과 효율을 향상시키고 고출력 LED 등기구의 수요를 만족시킬 수 있다.

또한, 등록특허공보 제10-0932430호에는 LED를 이용한 등기구용 방열장치가 기재되어 있다.

상기 기술은, LED를 이용한 등기구용 방열장치가 개시된다. 개시된 LED를 이용한 등기구용 방열장치는, LED 모듈을 포함한 등기구로부터 발생하는 열을 방출시키기 위한 것으로서, 일측부에 LED 모듈을 고정하고, 밀폐된 내부공간을 형성하는 몸체부; LED 모듈의 배면에 인접하도록 몸체부 내에 설치되어 LED 모듈로부터 발생한 열을 전달받고, 대략 L의 형상을 갖는 열전달부; 몸체부의 밀폐된 내부공간에 채워져 열전달부로부터 열을 전달받는 열전도성의 냉매: 및 몸체부 내의 냉매 속에 설치되어 온도차에 의해 상승하는 냉매의 순환대류를 유도하는 순환유도부를 구비한다.

상기 기술과 같은, LED를 이용한 등기구용 방열장치에 의하면, 별도의 전원이나 추가적인 보조장치를 구비하지 않고도 자연대류 방식의 간단한 구조를 채용함으로써 고효율의 열방출 효과를 얻을 수 있으며, 내구성 측면에서도 반영구적으로 사용이 가능하다. 또한 다양한 형태의 디자인 변형이 가능하므로 복잡하고 다양한 형태로 변화하는 등기구 변화에 대해서도 능동적이고 탄력적으로 대응이 가능하다.

등록특허공보 제10-1223658호 등록특허공보 제10-1044240호 등록특허공보 제10-2271559호 등록특허공보 제10-0932430호

본 발명의 목적은, LED제품의 밀폐형 냉각방식이 가능하도록 열전소자(Peltier element)를 제품의 케이스에 외부와 내부를 연결하도록 설치사용하되, 내부의 열을 외부로 전달한 뒤 외부로 발열되는 열은 외부의 팬을 이용하여 열을 식히고,

열전소자로 냉각된 내부에서는 방열판과 팬을 이용하여 내부에 인공적인 공기순환이 이루어져 내부부품들을 과열되지 않도록 하며,

내부의 열에 취약한 부품들에는 별도의 방열판으로 다른 부분에 비해 열전달이 쉽도록 구성한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조를 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조는, LED광원과; 상기 LED광원의 후방에 위치된 제1 외부방열팬과; 상기 LED광원의 전방에 결합되는 케이스와; 상기 LED광원의 전방에 결합된 케이스의 일측에 LED광원의 확산을 위해 결합된 렌즈부와; 상기 케이스 내부에 구성되며 렌즈부의 전단에 이중으로 구성된 글라스재질의 냉각 방열판과; 상기 케이스 내부에 구성되며 냉각 방열판 의 상단부 일측에 구성되어 케이스 내부의 공기흐름을 유도하는 내부 팬과; 상기 케이스 내부에 구성되며 상기 내부 팬의 일측에 구성되는 내부방열판;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 케이스의 후방 일측 중 내부방열판측의 위치에서 후방으로 연장되는 후방 케이스;를 더 포함하되,

상기 케이스와 후방 케이스는 상호 연통되며, 연통된 영역에 열전소자를 결합하고, 상기 후방 케이스의 일측에는 제2 외부 방열팬이 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 전방으로는 전방 케이스가 결합되되,

상기 전방 케이스는 내부가 원통의 중공인 형상으로 구성되고, 전방 케이스와 케이스는 상호 연통되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전방 케이스는,

상기 전방 케이스의 내경에 대응되는 외경을 가지는 연장 케이스가 결합되되, 상기 연장 케이스는, 상기 전방 케이스로부터 인출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연장 케이스 내부에는 LED광원이 통과되는 렌즈가 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 의하면, LED제품의 밀폐형 냉각방식이 가능하도록 열전소자(Peltier element)를 제품의 케이스에 외부와 내부를 연결하도록 설치사용하되, 내부의 열을 외부로 전달한 뒤 외부로 발열되는 열은 외부의 팬을 이용하여 열을 식힐 수 있고,

열전소자로 냉각된 내부에서는 방열판과 팬을 이용하여 내부에 인공적인 공기순환이 이루어져 내부부품들을 과열되지 않도록 할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 내부에 2곳 이상 온도 센서를 부착한뒤 온도 컨트롤이 가능한 컨트롤 보드를 통해서 각부위의 온도 변화에 따라 열전소자의 작동을 조절 하도록 하고,

내부와 외부의 완벽한 차단을 위하여 각 연결부위에 밀폐용 실리콘부품을 사용함으로써, 과냉각으로 인한 결로 현상을 예방할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조의 케이스 내부에서 발생되는 공기의 흐름을 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

구체적으로는, LED제품의 밀폐형 냉각방식이 가능하도록 열전소자(Peltier element)를 제품의 케이스에 외부와 내부를 연결하도록 설치사용하되, 내부의 열을 외부로 전달한 뒤 외부로 발열되는 열은 외부의 팬을 이용하여 열을 식히고,

열전소자로 냉각된 내부에서는 방열판과 팬을 이용하여 내부에 인공적인 공기순환이 이루어져 내부부품들을 과열되지 않도록 하며,

내부의 열에 취약한 부품들에는 별도의 방열판으로 다른 부분에 비해 열전달이 쉽도록 구성한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 과냉각으로 인한 결로 현상을 예방하기 위해서는 내부에 2곳 이상 온도 센서를 부착한뒤 온도 컨트롤이 가능한 컨트롤 보드를 통해서 각부위의 온도 변화에 따라 열전소자의 작동을 조절 하도록 하고,

내부와 외부의 완벽한 차단을 위하여 각 연결부위에 밀폐용 실리콘부품을 사용한, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 관한 것이다.

설명에 앞서 열전소자(熱電素子)는, 펠티어(Peltier) 소자라고 도하는 열전현상을 이용한 반도체이다. 전압의 차이가 열의 차이로 전환되는 효과를 이용하는 것으로 전원이 들어가면 열의 흐름이 극성에 따라 한쪽으로 열이 몰려 한쪽은 차갑고 다른면은 뜨거워지는 특징을 가지고 있다. 이러한 현상을 펠티에 효과라고 한다. 프랑스의 물리학자 장 펠티에(Jean Charles Athanase Peltier)가 1834년에 발견해 1900년대 초에 이론적으로 확립된 기술이다.

도 1은 본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조의 케이스 내부에서 발생되는 공기의 흐름을 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 1에 따른, 본 발명은 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조는, LED광원과; 상기 LED광원의 후방에 위치된 제1 외부방열팬과; 상기 LED광원의 전방에 결합되는 케이스와; 상기 LED광원의 전방에 결합된 케이스의 일측에 LED광원의 확산을 위해 결합된 렌즈부와; 상기 케이스 내부에 구성되며 렌즈부의 전단에 이중으로 구성된 글라스재질의 냉각 방열판과; 상기 케이스 내부에 구성되며 냉각 방열판 의 상단부 일측에 구성되어 케이스 내부의 공기흐름을 유도하는 내부 팬과; 상기 케이스 내부에 구성되며 상기 내부 팬에 인접하게 구성되는 내부방열판;을 포함한다.

이때, 상기 냉각 방열판은 렌즈부를 통과한 LED광원이 통과할 수 있는 홀을 포함함이 바람직하다.

이때, 상기 렌즈부는 후방에서 전방으로 직경이 커지는 형상의 렌즈케이스를 포함하되, 상기 렌즈케이스 내부에 렌즈가 배열되고, 상기 렌즈케이스의 단부는 상대적으로 후방에 위치된 냉각 방열판의 홀에 끼워짐으로써, LED광원이 케이스의 다른 내부로 조사되는 것을 방지하여, LED광원의 손실을 방지하도록 한다.

또한, 케이스의 후방 일측 중 내부방열판에 인접한 위치에서 후방으로 연장되는 후방 케이스;를 더 포함하는데, 이때 케이스와 후방 케이스는 상호 연통되며, 연통된 영역에 열전소자를 결합한다.

이때, 열전소자의 결합은, 별도의 브라켓을 사용할 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 통상의 기술자에게 자명한 모든 수단을 채용할 수 있다.

또한, 상기 후방 케이스의 일측에는 제2 외부 방열팬이 더 포함되도록 한다.

또한, 상기 케이스는 전방으로 전방 케이스가 결합된다.

이때, 전방 케이스는 내부가 원통의 중공인 형상으로 구성되고, 이러한 전방 케이스와 케이스는 상호 연통되도록 구성된다.

또한, 케이스와 전방 케이스의 결합의 일예로서, 상기 전방 케이스의 일측에 플랜지 형상의 브라켓을 포함하고 볼트를 이용한 체결 등의 방식으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 전방 케이스에는, 전방 케이스의 내경에 대응되는 외경을 가지는 연장 케이스가 결합될 수 있다.

이러한 연장 케이스는, 전방 케이스로부터 인출되는 구조로, 내부에 다수의 렌즈가 배열되도록 한다.

이러한 연장 케이스 내부의 렌즈는 LED 광원을 통과시켜 발산되도록 하는 기능을 하고, 전방 케이스로부터 인출되는 거리가 조절되도록 한다.

이때, 상술된 구조 중, LED광원에 의한 열이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위하여, 연장 케이스와 전방 케이스의 결합영역에는 실리콘 재질의 패킹을 포함할 수도 있다.

또한, 상기 연장 케이스의 외면에 홈을 형성하고, 상기 전방 케이스의 일단부에 단턱을 형성함으로써, 상기 단턱이 홈에 결합되어 가이드됨으로써 연장 케이스가 전방 케이스로부터 이탈되지 않도록 할 수 있다.

또한, 상기 케이스의 내부 중 하단 방향으로는 소정의 경사를 가지는 공기흐름 유도판이 대칭되는 방향으로 위치될 수 있다.

이러한 공기흐름 유도판은, 상기 내부 팬에 의해 케이스 내부에 흐르는 공기가 유도되도록 하는 역할을 한다.

상술된 구조를 가짐으로써 케이스 내부에서는 첨부된 도면의 도 2와 같은 공기의 흐름이 발생한다. 따라서, 열전소자의 냉기를 내부 방열판에서 흡수한뒤 팬을 이용하여 공기흐름을 만들어 케이스 내부의 온도를 적정하게 유지할 수 있게 된다.

상술된 바와 같이 구성된, 본 발명에 따른 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조에 의하면, LED제품의 밀폐형 냉각방식이 가능하도록 열전소자(Peltier element)를 제품의 케이스에 외부와 내부를 연결하도록 설치사용하되, 내부의 열을 외부로 전달한 뒤 외부로 발열되는 열은 외부의 팬을 이용하여 열을 식힐 수 있고,

열전소자로 냉각된 내부에서는 방열판과 팬을 이용하여 내부에 인공적인 공기순환이 이루어져 내부부품들을 과열되지 않도록 할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 내부에 2곳 이상 온도 센서를 부착한뒤 온도 컨트롤이 가능한 컨트롤 보드를 통해서 각부위의 온도 변화에 따라 열전소자의 작동을 조절 하도록 하고,

내부와 외부의 완벽한 차단을 위하여 각 연결부위에 밀폐용 실리콘부품을 사용함으로써, 과냉각으로 인한 결로 현상을 예방할 수 있는 장점을 가진다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (5)

1. LED광원과;
   상기 LED광원의 후방에 위치된 제1 외부방열팬과;
   상기 LED광원의 전방에 결합되는 케이스와; 상기 LED광원의 전방에 결합된 케이스의 일측에 LED광원의 확산을 위해 결합된 렌즈부와;
   상기 케이스 내부에 구성되며 렌즈부의 전단에 이중으로 구성된 글라스재질의 냉각 방열판과;
   상기 케이스 내부에 구성되며 냉각 방열판 의 상단부 일측에 구성되어 케이스 내부의 공기흐름을 유도하는 내부 팬과;
   상기 케이스 내부에 구성되며 상기 내부 팬의 일측에 구성되는 내부방열판;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이스의 후방 일측 중 내부방열판측의 위치에서 후방으로 연장되는 후방 케이스;를 더 포함하되,
   상기 케이스와 후방 케이스는 상호 연통되며, 연통된 영역에 열전소자를 결합하고, 상기 후방 케이스의 일측에는 제2 외부 방열팬이 구성되는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이스의 전방으로는 전방 케이스가 결합되되,
   상기 전방 케이스는 내부가 원통의 중공인 형상으로 구성되고, 전방 케이스와 케이스는 상호 연통되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 전방 케이스는,
   상기 전방 케이스의 내경에 대응되는 외경을 가지는 연장 케이스가 결합되되,
   상기 연장 케이스는, 상기 전방 케이스로부터 인출되는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 연장 케이스 내부에는 LED광원이 통과되는 렌즈가 배열되는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 LED제품의 과열방지 구조.

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